Feeding the Gut Microbiome and Immune Maturation to Manage Weaned Piglets

This thesis reports five studies that may contribute to understand how weaning affects the immune and intestinal microbiota maturation of the piglet and proposes some possible nutritional strategies to attenuate its negative effects. The first study showed that weaning is associated in Payer’s patches with the activation of MHC response against class I antigens and that related to the stimulation to IFN-γ and showed, for the first time, that their blood at weaning remains dominated by immature blood cells. In the second study we tested if the use of a live vaccine against a conditionally but also genetically based intestinal disease, like PWD, could have an impact on the growth performance of pigs and their intestinal microbiota and if it could provide a model to test the response to nutritional strategies under conditions of an immune and intestinal stimulation for animals susceptible to ETEC type. In this study, we demonstrated how a vaccinal strain of F4/F18 E. coli can affect the gut microbial composition of piglets, regardless of their genetic susceptibility to ETEC infection. In the third study we evidenced how a nucleotide supplementation can favor the proliferation of jejunal Peyer patches and anticipate the maturation of the fecal microbiota. In the fourth study we reported how xylanase can favor the proliferation of Lactobacillus reuteri. Finally, we showed some first results on the muscles fiber development in fast- and slow-growing suckling pigs and the relationship with the intestinal microbiota. Taken together, the results presented in this thesis provide new insight about the interplay between the host-genetics, gut microbial composition, and host physiological status. Furthermore, it provides confirmation that the use of known genetic markers for ETEC F4 and F18 could represent a potential tool to stratify the animals in the trials both in healthy or challenge-based protocols.

Avaliação de tipos de ventilação em maternidade de suínos

Livestock facilities, where animals carry their productive cycle, must have as main characteristic, the control of influence over climatic factors on animals. The environment variations can be controlled through the use of different ventilation systems. The objective of this research was to evaluate the influence of different environment conditioning systems on swine nursery. Three treatments have been tested: natural ventilation, cooled ventilation and forced ventilation. The climatic parameters evaluated were: air temperature, relative humidity and black globe temperature. The physiological parameters analyzed were: respiratory frequency and back fat thickness. Number of born alive piglets, average weight at weaning and number of weaned piglets were also evaluated parameters. The use of cooled ventilation systems were able to decreased animal's air temperature and respiratory frequency, and the black globe temperature and humidity index (WBGT) and the radiating thermal load (RTL).

Uso de redes neurais artificiais na identificação de vocalização de suínos

Animal welfare has been an important research topic in animal production mainly in its ways of assessment. Vocalization is found to be an interesting tool for evaluating welfare as it provides data in a non-invasive way as well as it allows easy automation of process. The present research had as objective the implementation of an algorithm based on artificial neural network that had the potential of identifying vocalization related to welfare pattern indicatives. The research was done in two parts, the first was the development of the algorithm, and the second its validation with data from the field. Previous records allowed the development of the algorithm from behaviors observed in sows housed in farrowing cages. Matlab® software was used for implementing the network. It was selected a retropropagation gradient algorithm for training the network with the following stop criteria: maximum of 5,000 interactions or error quadratic addition smaller than 0.1. Validation was done with sows and piglets housed in commercial farm. Among the usual behaviors the ones that deserved enhancement were: the feed dispute at farrowing and the eventual risk of involuntary aggression between the piglets or between those and the sow. The algorithm was able to identify through the noise intensity the inherent risk situation of piglets welfare reduction.

Uso de ácido benzoico na dieta de leitões

Um experimento foi conduzido com o objetivo de avaliar os efeitos da inclusão de ácido benzoico (Vevovitall®) na dieta sobre o desempenho e a morfologia intestinal do duodeno de leitões de 28 a 70 dias de idade. Foram utilizados 160 leitões Dalland × Penarlan desmamados aos 21 dias de idade, separados por sexo. O experimento foi dividido em fases pré-inicial 1 (28 a 35 dias de idade), pré-inicial 2 (36 a 46 dias de idade) e fase inicial (47 a 70 dias idade). Utilizou-se o delineamento experimental tipo blocos ao acaso com 5 tratamentos, cada um com 8 repetições de 4 animais, totalizando 40 unidades experimentais. Foram utilizados quatro níveis de ácido benzoico (0; 0,25; 0,50 e 0,75%) e um tratamento testemunha com ácido fumárico. Abateram-se, aos 70 dias de idade, dois animais por repetição para coleta de amostras do duodeno e estudo da morfologia intestinal e um animal por repetição para estudo de lesões gástricas. Foram avaliadas as características de desempenho (ganho de peso, consumo de ração e conversão alimentar) para cada fase e para o período total. Como características morfológicas, foram avaliadas a altura das vilosidades, a profundidade de criptas e a relação altura de vilosidades/profundidade de criptas. Avaliou-se ainda a incidência de diarreia. No período de 28 a 70 dias, o uso de ácido benzoico influencia o desempenho de suínos, que neste estudo foi melhor os níveis de 0,50 e 0,75%, e reduz a incidência de diarreia. Animais alimentados com dietas contendo ácido benzoico apresentam maior altura de vilosidade e profundidade de criptas.

Qualidade da carne de suínos de três linhagens genéticas comerciais em diferentes pesos de abate

O objetivo deste trabalho foi determinar as características de qualidade da carne de suínos de diferentes linhagens genéticas, em diferentes pesos de abate. Neste estudo foram utilizados 88 suínos por linhagem, fêmeas e machos castrados, com idade e peso médio iniciais de 74 dias e 30kg, respectivamente, pertencentes a três linhagens genéticas distintas, designadas de AgroceresPic, Dalland e Seghers. A etapa experimental foi dividida em quatro fases (Crescimento I, Crescimento II, Terminação I e Terminação II). Ao final de cada etapa, foram abatidos 60 animais (10 por linhagem/sexo), para as análises de qualidade da carne. O pH e a temperatura foram determinados a 1 e 24 horas post mortem. Foram retiradas amostras para as determinações de cor, perda de água por exsudação (PAE), perda de água por cocção (PAC) e força de Cisalhamento. As amostras provenientes das carcaças dos animais da linhagem AgroceresPic e Dalland apresentaram valores médios de PAE superiores aos da linhagem Seghers. Os valores médios de PAC foram diferentes entre as diferentes fases. Na fase Crescimento II, as carnes provenientes das carcaças das fêmeas Dalland foram mais duras, ou seja, com maiores valores de força de cisalhamento, que as carnes dos machos. Entretanto, na linhagem Seghers, as carnes dos machos foram mais duras. Observou-se diferença de L* entre os sexos da linhagem AgroceresPic nas fases Terminação I e II e, na linhagem Dalland, na Terminação II. As linhagens Dalland e Seghers apresentaram carnes com resultados superiores de a*, parâmetro característico da cor vermelha (a*>0). Pode-se concluir, portanto, que as características de qualidade da carne de suínos (pH, perda de água por exsudação, cor e maciez) podem variar entre grupos genéticos, entre sexos e entre diferentes pesos ao abate.

Características de carcaça de suínos de três linhagens genéticas em diferentes idades ao abate

O objetivo deste trabalho foi estudar as características da carcaça de suínos de diferentes linhagens genéticas, em diferentes idades ao abate. Foram utilizados 88 suínos por linhagem, fêmeas e machos castrados, com idade e peso médio iniciais de 74 dias e 30kg, respectivamente, pertencentes a três linhagens genéticas distintas, designadas de AgroceresPic, Dalland e Seghers. A etapa experimental foi dividida em quatro fases (Crescimento I, Crescimento II, Terminação I e Terminação II). Ao final de cada etapa, foram abatidos 60 animais (10 por linhagem/sexo), para as caracterizações: Peso (PCQ) e Rendimento de Carcaça Quente (RCQ), Área de Olho de Lombo (AOL) e Espessura de Toucinho (ET). Na análise dos resultados foi utilizado um delineamento inteiramente casualizado com desdobramento dos graus de liberdade em esquema fatorial 4 x 3 x 2, sendo quatro idades ao abate (90, 119, 150 e 186 dias), três linhagens (AgroceresPic, Dalland e Seghers) e dois sexos (fêmea e macho castrado), com 10 repetições por tratamento, sendo utilizado o pacote PROC MIXED do Softwear SAS. Os valores médios de peso vivo apresentaram diferença entre as linhagens e interação entre fase e linhagem (P<0,05). Os valores médios das demais variáveis estudadas apresentaram diferença e a interação (P<0,05) entre fase, linhagem e sexo, sendo que de maneira geral as principais diferenças ocorreram a partir da fase de Terminação I, em que as fêmeas das linhagens AgroceresPic e Dalland apresentaram melhores resultados (P<0,05) de RCQ (80,4 e 80,7%, respectivamente) em comparação com os machos (78,8 e 78,7%, respectivamente) e além disso as fêmeas Dalland apresentaram valores superiores (P<0,01) de AOL e ET (45,7cm² e 11,4mm x 38,3cm² e 18,3mm). Conclui-se que as linhagens genéticas avaliadas apresentaram características de carcaça muito interessantes para o mercado atual e que as fêmeas suínas podem ser utilizadas em programas que visem o abate de animais mais pesados.

Diversidade genotípica de rotavírus suínos no Estado de São Paulo

Rotavírus é uma das causas mais comuns de diarréia tanto em humanos quanto em diferentes espécies animais. Foi conduzido um estudo transversal a partir de 144 amostras fecais diarréicas colhidas de leitões, provenientes de 16 criações comerciais distribuídas por 10 municípios do Estado de São Paulo, Brasil, com o objetivo de se detectar a ocorrência de rotavírus e realizar sua caracterização molecular quanto seus genotipos G e P. Um total de 43 amostras (29,86%) foram positivas para rotavírus por Eletroforese em Gel de Poliacrilamida (PAGE) e ELISA, num esquema de triagem em paralelo. A caracterização mediante reações do tipo nested-multiplex RT-PCR demonstrou que, isoladamente, o genotipo P[6] foi o mais frequente, detectado em 25,58% das amostras, seguido pelo P[1] (11,63%) e P[7] (9,3%). Infecções concomitantes de genotipos P[6]+P[7] (9,3%), P[1]+P[6] (4,65%), P[1]+P[6]+P[7] (2,33%) foram também observadas. Analogamente, o genotipo G[5] foi detectado em 30,23% das amostras, seguido pelo G[10] (20,93%) e G[6] (4,65%) e G[5]+G[10] (18,6%). O genotipo G[5]P[6] foi o mais frequente (11,63%), porém outras combinações e amostras não tipificáveis também foram observadas. Considerando-se a diversidade de rotavírus suínos encontrada na população estudada, medidas profiláticas específicas devem levar em conta, para sua efetividade, o grau de proteção cruzada entre os genotipos presentes nas formulações vacinais e aqueles que realmente são circulantes numa região.

Fontes orgânicas e inorgânicas de zinco e cobre como melhoradores de desempenho em leitões desmamados

Foram conduzidos dois experimentos para avaliar fontes orgânicas e inorgânicas de zinco e cobre nas dietas e seus efeitos no desempenho de leitões desmamados aos 21 dias de idade. Em cada experimento, foram utilizados 90 leitões em delineamento experimental de blocos ao acaso, com cinco dietas, seis repetições e três animais por parcela. As dietas utilizadas nos experimentos 1 e 2 continham 120 ppm de zinco e 10 ppm de cobre na forma de sulfato. No experimento 1, foram suplementadas com 0, 300, 600 e 900 ppm de zinco na forma orgânica ou 2.400 ppm na forma de óxido (ZnO) e, no experimento 2, com 0, 50, 100 e 150 ppm de cobre na forma orgânica ou 240 ppm de cobre na forma de sulfato (CuSO4 H2O). No experimento 1, os níveis de zinco de fonte orgânica tiveram efeito linear no consumo de ração e no ganho de peso nos períodos de 0 a 15 dias e de 0 a 21 dias pós-desmame. O ganho de peso nas fases de 0 a 35 dias e de 0 a 42 dias pós-desmame e o consumo de ração dos leitões que receberam a dieta com 900 ppm de zinco de fonte orgânica não diferiram dos valores observados naqueles que receberam a dieta com 2.400 ppm de zinco na forma inorgânica. A suplementação da dieta com zinco na forma orgânica (900 ppm) ou inorgânica (2.400 ppm) aumentou o consumo de ração e o ganho de peso de leitões nas primeiras três semanas após o desmame. A suplementação da dieta com 2.400 ppm de zinco na forma inorgânica reduziu a incidência de diarreia nas primeiras três semanas pós-desmame. No experimento 2, os níveis de cobre de fonte orgânica tiveram efeito quadrático no consumo de ração dos leitões nos períodos de 0 a 31 e de 0 a 40 dias pós-desmame. A suplementação da dieta com cobre, tanto de fonte orgânica (90 ppm) como inorgânica (240 ppm), aumenta o consumo de ração e o ganho de peso de leitões nos primeiros 40 dias pós-desmame.

Energy and amino acid content in phase 1 nursery diet: piglet performance and body chemical composition

It was evaluated the effects of metabolizable energy (ME) and digestible lysine (dLYS) densities on performance and body composition of weaned piglets. The study used 114 piglets weaned at 7.4 ± 0.80 kg, out of which 108 were allotted in the nursery and 6 were slaughtered on the weaning day to determine comparative data of body chemical composition. Six nutrients densities were stipulated from a previous study based on the highest nitrogen retention, maintaining the following ME:LYS relationship in the experimental diets: 3,390:1.291; 3,450:1.409; 3,650:1.411; 3,780:1.461; 3,940:1.507; and 4,109 kcal/kg ME:1.564% dLYS. The experimental diets were offered for 13 days when the piglets reached 12.986 ± 1.449 kg of body weight. The probable residual effects of nutritional density on the subsequent performance of the piglets were evaluated. At the end of initial phase 1, six piglets from each density were slaughtered to determine their chemical composition in body fractions and empty body. There was no significant influence of nutritional levels on the performance of the piglets at the end of the evaluation. The results of food conversion and body composition confirm the level indicated in the previous study, 4 g dLYS/Mcal of ME. The increase of energy and lysine densities confirms the need for a correct relationship among both of them to assure better performance of the piglets at the beginning of the growing phase.

Formulação de rações para leitões com base nos nutrientes digestíveis da silagem de grãos úmidos de milho

O estudo foi realizado com o objetivo de avaliar o resultado econômico e o desempenho de leitões na fase de creche alimentados com rações formuladas com base nos nutrientes digestíveis da silagem de grãos úmidos de milho. Foram utilizados 18 leitões mestiços (Landrace × Large White) com peso médio inicial de 16,01 kg no experimento de digestibilidade e 60 leitões mestiços com peso médio inicial de 7,11 kg no experimento de desempenho. O delineamento experimental nos dois experimentos foi em blocos ao acaso. No experimento de digestibilidade, avaliou-se uma ração-referência contendo ou não 30% de milho seco moído (30%) e silagem de grãos úmidos de milho e, no experimento de desempenho, avaliaram-se quatro rações: à base de grãos de milho seco moídos; à base de silagem de grãos úmidos de milho (SGUM) em substituição a 100% do milho seco, com base na matéria seca; à base de SGUM, considerando o valor de energia digestível da silagem determinado no experimento de digestibilidade; e à base de SGUM, considerando os valores de energia digestível, proteína digestível e fósforo disponível da silagem, determinados no experimento de digestibilidade. A digestibilidade aparente de matéria seca (MS), proteína bruta (PB), fósforo (P) e cálcio (Ca) e o nível de energia digestível foram maiores para a ração à base de SGUM formulada considerando os valores nutricionais determinados no experimento de digestibilidade. Durante o período total do experimento de desempenho (0 a 32 dias), a SGUM proporcionou melhor conversão alimentar e os menores custos/kg de peso ganho, mas não foram observadas diferenças no ganho diário de peso e no consumo diário de ração. Na formulação de rações com silagem de grãos úmidos de milho para suínos, deve-se considerar o valor nutricional, principalmente o teor de energia digestível, desse alimento.

Biodisponibilidade de ferro em diferentes compostos para leitões desmamados aos 21 dias de idade

Avaliou-se a biodisponibilidade de ferro de diferentes compostos visando sua utilização em dietas para leitões desmamados. Utilizaram-se 44 leitões (7 não-anêmicos e 37 anêmicos) desmamados aos 21 dias de idade (7,3 ± 1,8 kg) e distribuídos em dois grupos: grupo não-anêmico e grupo anêmico. Durante sete dias, os animais do grupo não-anêmico receberam dieta com FeSO4.7H2O (sulfato ferroso hepta-hidratado) na dose de 100 mg/kg e os do grupo anêmico, dieta sem ferro (<15 mg/kg ração). No sétimo dia, depois de determinada a concentração de hemoglobina sanguínea e diagnosticada a anemia, os leitões foram agrupados segundo o produto do peso (kg) × hemoglobina (g/dL) e alojados individualmente, durante 13 dias, em gaiolas para estudos de digestibilidade, onde foram alimentados com seis rações à base de milho e leite em pó: três rações-padrão com FeSO4.7H2O em quantidade equivalente a 80, 150 e 200 mg Fe/kg de ração; duas rações experimentais com ferro (150 mg/kg) na forma de FeSO4 microencapsulado com carboximetilcelulose ou de ferro quelado com metionina; e uma controle com ferro (100 mg/kg). O consumo de ração foi medido diariamente. Nos dias 0, 3, 6, 9 e 13 do período de repleção, os animais foram pesados para avaliação do desempenho e o sangue foi coletado para determinação da concentração de hemoglobina. Ao final do ensaio, os animais foram sacrificados e o fígado foi coletado para determinação das concentrações de ferro total, ferro heme e ferro não-heme. As concentrações hepáticas de ferro heme, ferro não-heme e ferro total não diferiram entre os animais, entretanto, os do grupo controle apresentaram excesso de ferro total no fígado, relacionado à dose de ferro injetada nos leitões após o desmame. Em comparação ao FeSO4.7H2O não encapsulado, os compostos de ferro microencapsulado com carboximetilcelulose e de ferro quelado com metionina promovem melhor conversão alimentar em leitões desmamados.

Fontes de minerais orgânicos e inorgânicos para leitões desmamados

A presente pesquisa foi realizada com o objetivo de comparar os efeitos de fontes orgânicas e inorgânicas de microminerais sobre o desempenho, os parâmetros sanguíneos e a deposição de minerais em tecidos e órgãos de leitões desmamados. Foram utilizados 54 leitões de genética comercial, desmamados com idade média de 24 dias e peso médio de 7,35±0,88kg, num delineamento experimental de blocos ao acaso, com dois tratamentos, nove repetições e três animais por parcela. Os tratamentos foram representados pelo uso de rações suplementadas com minerais de fontes orgânicas ou inorgânicas (Cu, Zn, Fe, Mn e Se) no período dos 24 aos 57 dias de idade. Foram avaliados o consumo diário de ração, o ganho diário de peso, a conversão alimentar, os parâmetros hematológicos e a deposição de minerais em tecidos e órgãos. As fontes orgânicas de minerais nas rações fornecidas dos 24 aos 57 dias de idade melhoraram o ganho diário de peso (P=0,06) e a conversão alimentar (P=0,05) e aumentaram o número de hemáceas (P=0,10), contudo não influenciaram a deposição de minerais no músculo masseter, fígado, coração, baço e rim. Portanto, o suplemento de minerais de fontes orgânicas foi mais eficiente para o desempenho dos leitões na fase de creche.

In vitro evaluation of gastrointestinal survival of Lactobacillus amylovorus DSM 16698 alone and combined with galactooligosaccharides, milk and/or Bifidobacterium animalis subsp lactis Bb-12

Probiotic properties of Lactobacillus amylovorus DSM 16698 were previously demonstrated in piglets. Here, its potential as a human probiotic was studied in vitro, using the TIM-1 system, which is fully validated to simulate the human upper gastrointestinal tract. To evaluate the effect of the food matrix composition on the survival of L amylovorus DSM 16698 in TIM-1, the microorganism was inoculated alone or with prebiotic galactooligosaccharides (GOS), partially skimmed milk (PSM) and/or commercial probiotic Bifidobacterium animalis subsp. lactis Bb-12 (Bb-12). Samples were collected from TIM-1 for six hours, at one-hour intervals and L amylovorus populations were enumerated on MRS agar plates with confirmation of identity of selected isolates by randomly amplified polymorphic DNA (RAPD) fingerprinting. The cumulative survival for L amylovorus alone (control) was 30% at the end of the experiment (t = 6 h). Co-administration of L amylovorus with GOS. PSM and/or Bb-12 increased its survival in comparison with the control significantly from the 4th hour after ingestion onwards (P<0.05). Furthermore, by the use of High Performance Anion Exchange Chromatography, both L amylovorus and Bb-12 were observed to promptly degrade GOS compounds in samples collected from TIM-1, as assessed at t = 2 h. Hence, food matrix composition interfered with survival and growth of L. amylovorus during passage through TIM-1, providing leads towards optimization of probiotic properties in vivo. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Ventilation Distribution Studies Comparing Technegas and ""Gallgas"" Using (68)GaCl(3) as the Label

Ventilation distribution can be assessed by SPECT with Technegas. This study was undertaken in piglets with different degrees of ventilation inhomogeneity to compare PET using (68)Ga-labeled pseudogas or ""Gallgas"" with Technegas. Methods: Twelve piglets were studied in 3 groups: control, lobar obstruction, and diffuse airway obstruction. Two more piglets were assessed for lung volume (functional residual capacity). Results: In controls, SPECT and PET images showed an even distribution of radioactivity. With lobar obstruction, the absence of ventilation of the obstructed lobe was visible with both techniques. In diffuse airway obstruction, SPECT images showed an even distribution of radioactivity, and PET images showed more varied radioactivity over the lung. Conclusion: PET provides detailed ventilation distribution images and a better appreciation of ventilation heterogeneity. Gallgas with PET is a promising new diagnostic tool for the assessment of ventilation distribution.

Evaluation of colostral immunity in swine with commercial anti-leptospira polyvalent whole-bacteria vaccine

The intensity and duration of passive immunity against swine leptospirosis were investigated by the microscopic agglutination test and in vitro leptospira growth inhibition. Twenty-one females at first parturition were divided into three groups: Group A (n = 08): received two doses with 30 days interval of the commercial anti-leptospira bacterin A. Group B (n = 06) received two doses with 30 days interval of the commercial anti-leptospira bacterin B and Group C (n = 07) was the control. In all groups the colostrums were collected. Blood collection of piglets was performed in four different ages. Agglutinin antibodies were equally detected in sera and colostrums for serovars Canicola, Grippotyphosa, Copenhageni, Icterohaemorrhagiae and Pomona (Group A) and Canicola, Copenhageni, Icterohaemorrhagiae, Pomona and Hardjo (Group 13). Mean neutralizing antibodies titers were low. Passive immunity was low duration. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.